专利名称：天然气水合物低温高压核磁共振成像装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置及方法，属于天然气水合物基础物性研究和水合物开采工艺技术领域。
背景技术：
天然气水合物作为新能源，已经受到世界范围内的强烈关注。全世界范围内的针对天然气水合物的模拟和实验研究已经广泛展开。由于天然气水合物主要分布在冻土和海底，实地研究的成本很大，现在研究主要是在实验室模拟真实天然气水合物藏的状态进行研究。
针对实验研究，其研究方法主要有传统、光学、超声、电学、CT以及核磁共振成像技术。其中传统技术就是直接观察天然气水合物生成与分解，成本比较低，但只能做定性分析，得到的数据不准确；光学研究主要是利用通光率变化或者光学摄影来判定水合物的生成与分解，此方法对反应釜的要求比较高，需要耐压并透明，同时还需要反应基质透明；超声技术就是根据实测的声学参数，如声速、频率、衰减等等，反映出天然气水合物藏中的各种物性信息(孔隙度、饱和度、渗透率等等)，但此种方法并不能直观的观察水合物的生成与分解；电学技术是通过检测反应介质的一些电学特性(如电阻，介电常数等)的变化来判定水合物的生成与分解，此方法对水合物的样品要求很高，且此方法尚不完善只能定性判断水合物生成分解，无法定量测量；CT技术就是利用X射线对样品的一定厚度的层面进行扫描，由于气体、水、水合物、冰和多孔介质对X射线的吸收率不同，来测定水合物的生成分解，但CT技术只能对样品进行二维扫描，而且由于对多孔介质也成像，故多孔介质对天然气水合物的观察造成严重影响；核磁共振成像技术(MRI)是一个比较新的研究方法，是由具有磁距的原子核在高强度磁场作用下，可吸收适宜频率的电磁辐射，而不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱，从而直观测定天然气水合物的各种特性(包括孔隙度、饱和度、渗透率、流动场、温度场等)，此方法是可以对样品内部进行定量三维可视化测量，能够准确反映出多孔介质中各种流体的性质，排除介质骨架的影响，但是对核磁成像的反应釜要求比较高，需无磁、耐高压且有一定的工作温度范围。
为了克服现有测试方法的各种不足，本发明提供一种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置，该装置可方便利用核磁共振成像技术对天然气水合物进行三维可视化的物理模拟研究，得到的测试图像可进行定量分析，能得到多孔介质的孔隙度以及多孔介质中天然气水合物的渗透率、饱和度、生成分解时的流动场、温度场等参数。发明内容
本发明提供了一种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置及方法，该装置竖直放入核磁共振成像仪的成像探头中，可以进行天然气水合物多种沉藏条件下的水合物生成分解特性研究；该装置使用的磁性材料少且耐高压，对核磁共振系统无任何影响，结构紧凑，使用方便。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是
天然气水合物低温高压核磁共振成像装置，包括端盖、内管、真空外管、循环流体进出口、密封圈、滤网、封头。上、下两个封头与内管组成了一个封闭的空间，封头带有密封圈，能和内管进行有效密封，形成的密封空间是核磁共振成像系统的测试区域；该测试区域可以添加各种参与天然气水合物生成的物质，如水、气、溶液和多孔介质等；多孔介质是指玻璃珠、石英砂或粘土等材料；上、下两个端盖和内管通过螺纹牢固结合，并压住两端封头， 这样使得内管可以承受高压；封头上、下两端都设有滤网，可以有效的阻隔各种添加固体的移动；真空外管、内管与两端端盖组成的空间用于循环液循环来控制反应温度，循环从下端的循环流体进口进入，从上端的循环流体出口流出；真空外管是选择真空设计可以有效阻隔循环流体对管外进行的热传导；
除橡胶圈和滤网之外，全部由无磁的非金属材料聚酰胺-酰亚胺材料制作而成。
所述天然气水合物低温高压核磁共振成像装置在装入天然气水合物反应所需物质之后，放入核磁共振成像系统中，通过控制其温度压力来满足反应条件，同时利用核磁共振成像装置进行检测，并对图像定量分析得到孔隙度，天然气水合物的饱和度和生长结构、 生成分解时的流动场和温度场等数据。
本发明的有益效果是，这种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置装入反应所需物质之后，通过温度压力控制系统来控制整个系统的温度和压力，以满足天然气水合物的生产条件，并放入核磁共振成像系统进行定量测量，能够获得多孔介质孔隙度、渗透率， 天然气水合物的饱和度，及其生成分解时的流动场和温度场等数据。本低温高压核磁共振成像装置设计压力为0-40Mpa，设计温度为-20-180°C，可以充分满足天然气水合物各种沉藏条件下的环境条件；由于核磁共振成像系统线圈探头最低使用温度为10°C，故为了防止核磁共振成像装置的正常使用，在模拟多孔介质装置的外管采用真空隔层设计，良好的阻隔了装置外壁与核磁线圈线圈探头之间的热传导，达到良好的隔热效果，保护探头；全套模拟多孔介质装置用聚酰胺-酰亚胺材料制成，无磁且满足高压力的要求，结构紧凑，使用方便。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是模拟多孔介质装置结构图示意图。
图2是图3的B-B剖视结构图。
图3是图1的A-A剖视结构图。
图中1上封头；2循环流体出口 ；3上端端盖；4上端滤网；5真空外管；6内管；7反应物；8下端滤网；9密封圈；10下封头；11下端端盖；12循环流体进口。
具体实施方式
图1，2，3示出了一种天然气水合物高压低温核磁成像装置。该装置采用两个封头 1、9与内管6组成了一个封闭的空间；封头带有密封圈9 ；能和内管6进行有效的密封；添加各种参与天然气水合物生成的水、气、溶液和多孔介质等各种反应物7 ；在封头上设有上滤网4、下滤网8可以有效的阻隔各种添加固体的移动；上端盖3、下端盖11的内侧螺纹和内管6牢固结合；并压住上封头1、下封头10 ；这样使得内管可以承受高压；真空外套6、内管5、上端盖3、下端盖11组成的空间是用于循环液循环来控制反应温度的；循环液从下端的循环流体进口 12进入；从上端的循环流体出口 2流出；循环液出入口 2、12分别对称的设有备用出入口 ；如想更精确的控制循环液的温度；可在备用出入口位置插入温度传感器来测量温度。
利用上述天然气水合物高压低温核磁共振成像装置的步骤如下
第一步；完成模拟多孔介质的制备。打开上端端盖3和上封头1，向内管6中添加设定的具体工况所需的玻璃珠、石英砂或粘土，压实，保证反应所需的气、水或溶液注入之后仍能保持稳定；塞上上封头1后再装上上端端盖3，旋紧；两封头和内管之间所组成的填充满填料的空间作为模拟多孔介质。
第二步；将本装置装入核磁共振成像系统。内管6、真空外套5和上下两端盖所组成的空间用于循环流体的流动；循环流体进口 12连接恒温循环槽的出口 ；循环流体出口连接恒温循环槽的入口 ；组成一个环流来控制内管温度；上封头1、下封头10外接管线提供反应所需的反应物；如气、水或溶液等，最后固定在核磁共振成像仪的成像探头之内。
第三步；进行天然气水合物生成分解。先利用真空泵将装置内管抽真空；再利用注入泵来注入反应所需的反应物；利用背压系统来控制内管6中的压力，达到设定压力值； 控制恒温循环槽的温度，满足天然气水合物生成分解的需要；利用核磁共振成像仪对整个天然气水合物生成分解过程进行原位三维可视化定量测试。
权利要求
1.一种天然气水合物核磁共振成像装置，该核磁共振成像装置包括端盖、内管、真空外管、循环流体进出口、密封圈、滤网、封头；其特征在于，上封头、下封头与内管组成了一个封闭的空间，封头带有密封圈，形成的密封空间是核磁共振成像系统的测试区域；该测试区域添加各种参与天然气水合物生成的物质；上端盖、下端盖和内管通过螺纹牢固结合，并压住两端封头；封头上下两端都设有滤网；真空外管、内管与两端端盖组成的空间用于循环液循环来控制反应温度，循环从下端的循环流体进口进入，从上端的循环流体出口流出。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物核磁共振成像装置，其特征在于，除橡胶圈和滤网之外，全部由无磁的非金属材料聚酰胺-酰亚胺材料制作而成。
3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物核磁共振成像装置，其特征在于，所述的测试区域添加各种参与天然气水合物生成的物质，包括水、气、溶液和多孔介质。
4.根据权利要求3所述的一种天然气水合物核磁共振成像装置，其特征在于，所述的多孔介质是指玻璃珠、石英砂或粘土。
5.利用权利要求1-5任一所述天然气水合物核磁共振成像装置的方法，其特征在于以下步骤，第一步；完成模拟多孔介质的制备打开上端端盖和上封头，向内管中添加设定的具体工况所需的材料，保证反应所需的气、水或溶液注入之后仍能保持稳定；塞上上封头后再装上上端端盖，旋紧；两封头和内管之间所组成的填充满填料的空间作为模拟多孔介质；第二步；将本装置装入核磁共振成像系统内管、真空外套和上下两端盖所组成的空间用于循环流体的流动；循环流体进口连接恒温循环槽的出口 ；循环流体出口连接恒温循环槽的入口 ；组成一个环流来控制内管温度；上封头、下封头外接管线提供反应所需的反应物，最后固定在核磁共振成像仪的成像探头之内；第三步；进行天然气水合物生成分解先利用真空泵将装置内管抽真空；再利用注入泵来注入反应所需的反应物；利用背压系统来控制内管中的压力，达到设定压力值；控制恒温循环槽的温度，满足天然气水合物生成分解的需要；利用核磁共振成像仪对整个天然气水合物生成分解过程进行原位三维可视化定量测试。
全文摘要
一种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置及方法，属于天然气水合物基础物性研究和水合物开采工艺技术领域。该装置包括端盖、内管、真空外管、循环流体进出口、密封圈、滤网、封头；封头与内管组成了一个封闭的空间，该密封空间是核磁共振成像系统的测试区域；真空外管、内管与两端端盖组成的空间用于循环液循环来控制反应温度；除滤网和密封圈之外，所有部件全部由非金属材料聚酰胺-酰亚胺材料制成；装置竖直放入核磁共振成像仪的成像探头中，设计压力为0-40MPa，设计温度为-20-180℃，可以进行天然气水合物多种沉藏条件下的水合物生成分解特性研究；使用磁性材料少且耐高压，对核磁共振系统无任何影响，结构紧凑，使用方便。
文档编号G01N24/08GK102495090SQ201110380050
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者刘卫国, 刘瑜, 宋永臣, 张毅, 朱一铭, 杨明军, 王大勇, 程传晓, 薛铠华, 赵佳飞 申请人:大连理工大学